超高层建筑转换层的施工技术研究

吕晓鑫

（山西建筑工程集团有限公司，山西太原 030032）

0 引言

超高层多功能建筑需要不同的空间划分和布局，因此拥有多种结构形式。超高层多功能转换层建筑结构体系的关键技术是将不同结构合理组合。转换层可以完成不同网格空间和不同结构形式的转换。简而言之，上层和下层有不同的结构，必须设置一个转移楼层来“连接上下楼层”。转换层在结构中的概念主要是指结构单元体系，它合理地解决了整个建筑结构体系中竖向结构的突变和平面的连续变化[2]。转换层主要满足结构安全的功能要求，也解决了大多数情况下建筑的一些特殊的技术功能要求。设计人员在设计转换层结构时，应深入分析转换层结构设计的意义和应用特点，严格遵循设计原则。只有这样才能选择更合理地转换层结构，保证转换层的主要构件在建筑中发挥更大的作用，提高设计质量，达到更好的设计效果，满足人们对超高层建筑的利用需求，使高层建筑具有更高的应用价值。

1 超高层多功能建筑结构体系的特点

1.1 抗震和抗风能力强

转换层结构在高层建筑中的应用具有很强的抗震性和抗风性。一般来说，高层建筑转换层的设计要求工程下部有足够的空间，以满足转换层刚度的弹性变化要求。然而，转换层上部的刚性很小，在实际设计过程中，设计人员应把转换层相邻上下两层的承载力控制在一定范围内，这样结构内部的刚度变化才能够控制。在提高刚度变化控制水平的前提下，尽可能提高超高层建筑的抗风抗震能力。

1.2 转换板结构调整灵活

在高层建筑转换层结构设计中，要灵活地设置转换层板的厚度，这可以使结构的抗冲切和抗剪能力进一步提升。转换板厚度设置的太大，建筑转换层下结构的承载力就会增加，这不符合设置转换层结构的目的。此外，混凝土施工在建筑转换层的施工中十分常见。如果将转换梁的截面高度设置在3.5m 左右，那么可以有效地减轻混凝土的重量。如果转换梁的跨度较小，转换梁的截面高度可设置为1m 左右；转换梁跨度大，转换梁截面高度可设置在7m 左右[3]。

2 转换层结构设计的主要方式

转换层结构主要起协调上下层结构的承载力的作用。转换层一般设置在高层建筑中间，有主梁、板、空腹桁架式、梁、箱等，同时为了能给转换层结构提供有效的支撑，还会在扩张室内应设置一定的网管。转换层结构类型的应用有很多种，包括柱网转换、减少轴线转换、低层转换层结构等。当增加室内面积时，将使用传统的剪力墙。在设置剪力墙的基础上，通过竖井改造改变高层建筑空间转换层的状态，形成柱网。在这方面，高层建筑转换层结构的功能转换层是通过工程的上层和网络来实现的。

2.1 梁式转换层

在超高层建筑转换层结构设计中，梁式转换层的设计是最常用的设计方法。改变上下结构也只需转换梁构件截面或增加主次梁即可，设计比较简单。在设计中，首先要优化上下层结构的设计方案，尽可能保证结构转换形式不被减少的同时，控制成本，使结构简化。这样既可以使其他质量问题避免发生，又可以使设计更加安全可靠。计算竖向结构的刚度在设计的过程中不可忽略，这样才可以保证满足对建筑物除以转换层后的整体刚度的要求，同时也能保证竖向荷载能满足受力要求。

2.2 桁架转换层

在高层建筑的使用中，桁架式转换层结构的设计方法比梁式转换层结构的设计方法少，且结构形式更加复杂。但具有更好的抗震性和稳定性是结构型式的转换层结构最大的特点，主要通过桁架来传递上部荷载。在桁架转换层结构的设计中，首先要对结构进行受力分析，建立受力模型，考虑桁架结构的抗剪和抗弯能力，通过合理布置桁架杆件形式来承受荷载，从而增加超高层建筑整体的稳定性。

2.3 厚梁式转换层

不能很好地结合高层建筑转换层的上下轴线，用梁来支撑他们就无法实现。此时，厚梁转换层的结构设计便很好地解决了这个问题。这种结构方式具有工艺简单、灵活多变的优点，但厚板的厚度很大，导致材料浪费和压力上升。因此，在厚梁转换层的结构设计过程中，为了更好地承受厚板带来的较大压力，应该增加配筋数量，提高配筋强度。此外，还应考虑冲击力和剪力，通过合理的应力分析和计算，降低整个转换层的应力水平。

2.4 箱型转换层

箱形转换层设计方法并不是特别常用。这是因为箱形结构的转换层将使转换层以上的整层结构形式更加单一，适用范围比较局限，只能用于对空间要求较大的建筑，对建筑物的刚度要求很高，同时也增加箱形结构的侧向荷载。在设计过程中，需要对结构应力进行分析，整个转换层的设计质量才可以得到保证。

3 超高层建筑转换层结构设计的主要原则

3.1 加强下层结构

充分考虑下层结构的设计在超高层建筑转换层结构设计中非常重要，因为整个建筑的受力基础都是下层结构，整个建筑的质量也取决于下层结构的质量。下层结构的刚度要比上层结构高，因此抗震设计是下层结构中必不可少的，这样整个高层建筑的抗震能力才能提高，建筑的安全性和稳定性也得到保障。

3.2 合理控制数量

上下建筑的平面布局的改变，提高建筑的利用率都主要依靠转换层，但转换层不是越多越好。转换层会改变了上层和下层建筑的结构形式，破坏了超高层建筑的整体性，并且还容易出现其他的质量问题，所以，超高层建筑转换层结构一般设计1～2 层即可，尽可能提高利用率的同时保证建筑质量[4]。

3.3 准确运算数据

在超高层建筑的结构设计中对转换层的正确数据计算和参数选择要求极高，这是因为模型和复杂系统计算的复杂性。转换层对上下建筑结构的稳定性影响巨大，它的设计比一般的标准层复杂得多。在设计中，必须严格按照规范和标准选择相关参数，精准计算，避免出现因计算方法不科学造成设计质量问题，影响整个超高层建筑的质量的情况。

3.4 改进设计方案

在遵循以上原则的前提下，必须对转换层的设计结合整体设计方案进行改进，因为能否保证上部结构的质量取决于转换层设计质量是否得到良好的控制，还能使成本得到控制。可以取消以往保守的结构设计来优化转换层的设计方案，从而使这部分结构不会出现在上层标准层中，使超高层建筑的造价大大降低，并促进我国超高层建筑转换层结构的发展。

4 高层建筑转换层结构具体设计策略分析

4.1 合理选择模板，实现支撑设计

在高层建筑转换层结构设计中，合理选择模板并做好模板支撑设计是非常必要的。一般来说，如果转换层设置在高层建筑的结构层，整个结构工程系统会更加复杂。为了有效应对复杂的设计情况，工程设计单位需要合理使用模板支撑系统。根据工程结构和建筑总建筑面积的要求，选用优质模板，确保最终模板支撑体系的施工能够实现应力的有效分布，满足实际建筑的承载能力，提高建筑的牢固性。由于实际转换层较少采用模板支撑系统，在改进应用中，合理选择，充分结合建筑自身特点实现设计，满足实际施工要求。

4.2 做好过度设计和防震设计工作

高层建筑结构中的转换层结构作为一个整体比较复杂，转换层结构质量与建筑整体质量有着非常密切的联系。这要求设计工作必须到位。一旦设计工作中出现不合理现象，势必影响整个建筑结构的抗震能力，造成更大的安全风险。但是，在实际的转换层结构设置中，由于高层建筑中使用的转换层通常是带转换层的，这种类型的转换层截面面积大，跨度大，因此设计人员应与施工人员沟通协调，选择最佳的过量转换层。总结实际建筑工程中使用的过量转换层，主要分为结构桁架式、板式、梁式、箱型和空腹桁架式。一般来说，结构桁架式不仅具有很高的灵活性，而且可以满足大跨度转换层的需要。然而，梁式转换层的施工相对简单，但其容忍度和抗震等级较低，达不到预期标准。总的来说，不同的高层建筑对过度转换层有不同的施工要求，设计者需要结合实际情况来实现最佳设计。

4.3 注重转换层结构钢筋设计合理性的实现

在高层建筑转换层的结构设计中，加固设计是一个非常重要的组成部分。只有合理设计钢筋，才能从整体上提高转换层结构的施工水平。为了保证钢筋施工到位，首先要制定科学的钢筋设计方案。对于转换层结构，梁柱节点钢筋数量多，钢筋密度大。为了保证大量钢筋之间强度的有效协调，宜采用大直径梁钢筋，并合理安排钢筋的排列顺序。如果转换层结构中的模板厚度较大，还应选择钢骨架以达到稳定，从而完全满足施工项目的实际施工要求。

5 结语

转换层施工技术是一项极其复杂的系统工程，它既是超高层建筑结构的必不可少的部分，也是建筑施工的重点和难点。我国建筑业的发展使得高层建筑越来越普遍，目前大多数高层建筑都根据功能和结构的需要合理地设置转换层。根据不同转换层的结构，合理设计转换层并广泛地在城市建设中应用超高层建筑转换层结构可以有效解决我国土地利用紧张问题。在高层建筑转换层结构设计中，设计原则要时刻牢记，换层的设计质量要严格把控转，设计要科学合理，结构要不断优化，设计质量才能不断提高。同时，转换层设计要点也要熟悉，不断优化改进整体结构设计方案，控制设计成本，确保设计质量，提高超高层建筑利用率，推动我国建筑业进一步发展。